Geekly articles weekly

إنشاء واختبار محرك بدون فرش

في هذه المقالة ، نود أن نتحدث عن كيفية إنشاء محرك كهربائي من الصفر: من الفكرة والنموذج الأولي إلى محرك كامل اجتاز جميع الاختبارات. إذا كانت هذه المقالة تبدو مثيرة للاهتمام بالنسبة لك ، فسوف نخبرك بشكل منفصل ، بمزيد من التفاصيل ، عن المراحل الأكثر إثارة للاهتمام في عملنا.

الصورة
في الصورة من اليسار إلى اليمين: الدوار ، الجزء الثابت ، تجميع المحرك الجزئي ، تجميع المحرك

الدخول


ظهرت المحركات الكهربائية منذ أكثر من 150 عامًا ، ولكن خلال هذا الوقت لم يخضع تصميمها لأي تغييرات خاصة: الدوار الدوار ، اللفات الساكنة الثابتة ، المحامل. على مر السنين ، كان هناك فقط انخفاض في وزن المحركات الكهربائية ، وزيادة في الكفاءة ، وكذلك دقة التحكم في السرعة.

اليوم، وذلك بفضل تطور الإلكترونيات الحديثة وظهور مغناطيسات قوية تقوم على المعادن الأرضية النادرة، ويدير لخلق أقوى من أي وقت مضى، وفي نفس الوقت المدمجة وخفيفة الوزن " فرش المحركات". في الوقت نفسه ، نظرًا لبساطة تصميمها ، فهي الأكثر موثوقية بين المحركات الكهربائية التي تم إنشاؤها على الإطلاق. سيتم مناقشة إنشاء مثل هذا المحرك في هذه المقالة.

وصف المحرك


في "Brushless Motors" لا يوجد عنصر "Brush" ، مألوف للجميع في تفكيك أداة كهربائية ، يتمثل دورها في تحويل التيار إلى لف الدوار الدوار. في المحركات الخالية من الفرشاة ، يتم توفير التيار لملفات الجزء الثابت غير المتحرك ، الذي يخلق مجالًا مغناطيسيًا بالتناوب في أقطابه الفردية ، يدور الدوار الذي يتم تركيب المغناطيس عليه.

تم طباعة أول محرك من هذا القبيل كطابعة ثلاثية الأبعاد كتجربة. بدلاً من الصفائح الخاصة المصنوعة من الفولاذ الكهربائي ، استخدمنا البلاستيك العادي لهيكل الدوار والنواة الثابتة ، حيث تم لف ملف نحاسي. تم تركيب مغناطيس نيوديميوم مستطيل على الدوار. بطبيعة الحال ، لم يكن هذا المحرك قادرًا على توفير أقصى قدر من الطاقة. ومع ذلك ، كان هذا كافيًا للمحرك للدوران حتى 20 ألف دورة في الدقيقة ، وبعد ذلك لم يستطع البلاستيك الوقوف عليه وتمزق دوار المحرك ، وتناثر المغناطيس حوله. شجعتنا هذه التجربة على إنشاء محرك كامل.

النماذج القليلة الأولى




بعد أن علمنا رأي عشاق النماذج التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو ، كمهمة ، اخترنا محركًا لسيارات السباق بحجم "540" ، باعتباره المحرك الأكثر شعبية. يبلغ طول هذا المحرك 54 مم وقطره 36 مم. صنعنا

الدوار للمحرك الجديد من مغناطيس نيوديميوم اسطواني واحد. تم لصق مغناطيس إيبوكسي إلى عمود مصنوع من فولاذ الأدوات في إنتاج تجريبي. نقطع

الصورة

الجزء الثابت بالليزر من مجموعة من صفائح المحولات بسماكة 0.5 مم. تم بعد ذلك تلميع كل لوحة بعناية ثم لصق الجزء الثابت من حوالي 50 لوحة. تم تلميع الألواح لتجنب حدوث دوائر قصيرة بينها واستبعاد فقد الطاقة في تيارات فوكو التي يمكن أن تحدث في الجزء الثابت.

الصورة

يتكون غلاف المحرك من جزأين من الألمنيوم على شكل حاوية. الجزء الثابت يتناسب بإحكام مع هيكل الألمنيوم ويتناسب جيدًا مع الجدران. يوفر هذا التصميم تبريدًا جيدًا للمحرك.

الصورة

قياس الأداء


لتحقيق أقصى خصائص تطوراتهم ، من الضروري إجراء تقييم مناسب وقياس دقيق للخصائص. للقيام بذلك ، قمنا بتصميم وتجميع دينوستند خاص.

الصورة

العنصر الرئيسي للحامل هو حمولة ثقيلة على شكل غسالة. أثناء القياسات ، يدور المحرك حمولة معينة وتحسب قوة الخرج وعزم المحرك بواسطة السرعة الزاوية والتسارع.

لقياس سرعة دوران الحمل ، يتم استخدام زوج من المغناطيس على العمود ومستشعر رقمي مغناطيسي A3144 بناءً على تأثير القاعة. بالطبع ، سيكون من الممكن قياس الثورات بالنبضات مباشرة من اللفات الحركية ، لأن هذا المحرك متزامن. ومع ذلك ، فإن الإصدار مع المستشعر أكثر موثوقية وسيعمل حتى بسرعات منخفضة جدًا ، حيث تكون النبضات غير قابلة للقراءة.

بالإضافة إلى الثورات ، فإن جناحنا قادر على قياس العديد من المعلمات الأكثر أهمية:

  • تزويد التيار (حتى 30 أمبير) باستخدام مستشعر تيار يعتمد على تأثير قاعة ACS712 ؛
  • جهد الإمداد. يقاس مباشرة من خلال ADC لوحدة التحكم الدقيقة ، من خلال مقسم الجهد.
  • درجة الحرارة داخل / خارج المحرك. يتم قياس درجة الحرارة بالمقاومة الحرارية لأشباه الموصلات ؛

لجمع جميع المعلمات من أجهزة الاستشعار ونقلها إلى جهاز كمبيوتر ، يتم استخدام متحكم سلسلة AVR mega على لوحة Arduino nano. يتواصل متحكم مع الكمبيوتر عبر منفذ COM. لمعالجة القراءات ، تم كتابة برنامج خاص للتسجيل ومتوسط ​​وعرض نتائج القياس.

الصورة

ونتيجة لذلك ، فإن حاملنا قادر على قياس الخصائص الحركية التالية في أي وقت:

  • الاستهلاك الحالي
  • استهلاك الطاقة
  • استهلاك الطاقة
  • انتاج الطاقة
  • الثورات رمح.
  • لحظة على رمح.
  • الكفاءة
  • الطاقة تسخن
  • درجة الحرارة داخل المحرك.

فيديو يوضح عمل المنصة:



نتائج الاختبار


لاختبار أداء الحامل ، قمنا باختباره أولاً على محرك عاكس R540-6022 التقليدي. هناك القليل من المعلمات المعروفة لهذا المحرك ، ولكن هذا كان كافياً لتقييم نتائج القياس ، والتي تبين أنها قريبة جدًا من نتائج المصنع.

ثم تم اختبار محركنا بالفعل. وبطبيعة الحال ، كان قادرًا على إظهار كفاءة أفضل (65 ٪ مقابل 45 ٪) وفي الوقت نفسه لحظة أعظم (1200 مقابل 250 جم لكل سم) من المحرك العادي. كما أعطى قياس درجة الحرارة نتائج جيدة جدًا ، أثناء الاختبار لم يسخن المحرك فوق 80 درجة.

لكن القياسات في الوقت الحالي ليست نهائية بعد. لم نتمكن من قياس المحرك في نطاق السرعة الكاملة بسبب الطاقة المحدودة لمصدر الطاقة. علينا أيضًا مقارنة محركنا بمحركات منافسة مماثلة واختبارها "في المعركة" ، ووضعها على سيارة يتم التحكم فيها عن طريق الراديو والتحدث في المسابقات.

Source: https://habr.com/ru/post/ar400337/

More articles:


All Articles